台電月刊 - 打開電力新視野

綠能生力軍出列 台電與水利署齊心推動小水力

706期

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採訪、文字—李宛澍、王舜薇、黃郁晴、陳歆怡、紅藍創意團隊 攝影—發電處、大甲溪發電廠、大觀發電廠、明潭發電廠、王鴻俊、鄭元慶 協助—水利署中區水資源局、台電營建處、發電處、大甲溪發電廠、大觀發電廠、明潭發電廠、綜合施工處 審查—台電月刊編輯小組

有看過造型宛如綠繡眼的迷你水力電廠嗎?可知道灌溉溝圳也能供水兼發電?在中、大型水力開發計畫推動不易的現況下,台電積極開發小水力發電。小水力可充分利用水資源,且對環境友善、少花費,積少成多貢獻綠電。

台電自2016年起進行「全臺小水力發電可行性研究計畫」,盤點既有水利設施潛能場址,從此開啟小水力發電新篇章。而台電楊偉甫董事長在水利署中區水資源局、水利署任職,乃至擔任經濟部次長期間,就埋下了小水力合作案的夢想種子,過程中董事長一路關心、默默助力。

郭天合副總經理表示:「小水力的好處是利用原有圳路或既有水利設施,以螞蟻雄兵的方式積少成多,且裝置容量2萬瓩以下的小水力開發免經環評,不僅大為縮短開發時程,也能在短時間大量建置,成為水力發電的有力挹注。」

目前台電施工中的10處小水力場址,包括3處「水庫式」的景山電廠、湖山電廠、石門水庫石圳聯通管,以及集集攔河堰聯絡渠道7處的「水路式」小水力,即利用水路跌水落差發電,總裝置容量約2.6萬瓩。另有3處場址(清流、馬鞍、卓蘭)正進行評估中。

這些小水力計畫皆與水利署轄下的北區、中區水資源局合作,在經濟部核定後,由台電負責電廠的投資、興建、營運操作、維護與管理,水利署在過程中不定期召開「小水力及再生能源開發策略平台會議」(不限於台電開發場址),了解各單位執行狀況並居中協調。而營運階段的「利潤」(售電所得扣掉租金與成本)則由雙方共享。

景山電廠打前鋒 佇立溪邊的綠繡眼

在小水力計畫中進度最快、力拚年底完成的是鯉魚潭景山電廠。從苗栗三義順著景山溪旁的鯉魚潭水庫專用道,經過舊山線鐵橋、後池堰,蓊鬱綠意的山路上,遠遠就看到一棟小鳥造型的建築物,綠繡眼母鳥帶子鳥的設計,小巧可愛地佇立景山溪旁,彷彿要啜飲一口溪水,又彷彿在歡唱高歌。

營建處葉英傑計畫經理表示,以往水力電廠多藏於深山,未來像景山這樣位於淺山的電廠,除了發電,還能結合生態觀光成為景點之一,扭轉民眾對電廠的刻板印象。

景山電廠的水源來自鯉魚潭水庫,鯉魚潭水庫的興建目的為供應大臺中民生與灌溉用水,開發時便規劃從大安溪引水,設置卓蘭及景山兩處電廠。2001年大安溪士林壩完工後,卓蘭電廠正式啟用,然而景山電廠因當時條件不足,開發計畫便暫緩辦理。隨著時空變異,近年再生能源比例提升,讓水力開發有了新思維,才讓景山計畫重新啟動。

2017年的「經濟部水利署與台電公司合作開發小水力加速公共建設投資協商會議」,景山電廠定案成為跨機構合作開發的首件小水力工程。水利署中區水資源局(以下簡稱中水局)林士元副工程司表示,水利署建造水壩時,早有將發電納入考量,所以已預留部分管線,如今台電執行小水力計畫,便能大幅縮短開發時間。中水局也適時提供歷史水文資料,或依水庫現狀給予規劃設計的意見。

首座跨機構合作小水力 等待有水試運轉

位在鯉魚潭水庫溢洪道旁的景山電廠,設計流量為5.5CMS(立方公尺/秒),使用豎軸法蘭西斯式水輪機,裝置容量為4,013瓩,年發電量1,388.6萬度。主要利用鯉魚潭第二輸水隧道的預留口,新接156公尺壓力鋼管到電廠發電,發電後的尾水自然溢流到景山溪,作為下游農業灌溉之用。

因應灌溉用水調配,景山電廠設有「生態放流工」,若流量大於5.5CMS或小於可推動水輪機的2.2CMS,水源就不經電廠而改由生態放流工流出,此設計解決了長久以來水庫為了放水頻繁操作閘門,造成設備易磨損的問題。

打前鋒的景山電廠於2017年開工後,陸續克服了開挖遇大礫石、地下室施工雨季積水等問題。不巧又碰上新冠肺炎疫情,導致國外技師來臺裝機測試時間延後。好不容易在2020年11月,電廠進入試運轉階段,竟遇上建庫以來不曾經歷的大旱,水庫幾乎探底。

綜合施工處中部工作隊的蔣佳興站長說:「景山電廠試運轉所需用水量,最少需要1千萬噸水源,約占總庫容的十分之一,但旱災情況下,根本不可能放水測試浪費水源。所以去年斯洛維尼亞籍的技師,撐到去年11月總算將進度推進到壓力鋼管供水試驗,因乾旱無水只得停止試運轉工作。」

目前景山電廠離商轉目標「只欠東風」,若國外技師今(2021)年10月能順利來臺完成最後試運轉測試,將有望於12月商轉,並交由卓蘭電廠營運,成為全臺第一個跨機構合作開發之小水力發電工程。

水路式小水力 集集南岸二背水一戰

「水路式」小水力,與「水庫式」小水力,環境條件與施工挑戰大不相同。營建處水工組凃秀錦組長以集集南岸聯絡渠道沿線各小水力電廠為例,點出困難所在:「既要連結既有水利設施,又不能影響原有的灌溉及民生用水,也不能干擾水利設施現有操作模式,更不能破壞堤防安全,施工並非想像中容易!」

為了一探坐擁7處場址的集集南岸聯絡渠道沿線小水力,記者開車下竹山交流道,卻在錯綜複雜的溪邊聯絡道迷路好一陣子,終於到達位於東埔蚋溪旁的「集集南岸二發電工程」(以下簡稱南岸二)基地。

南岸二設置兩部1,755瓩的發電機組,總裝置容量為3,510瓩,利用集集攔河堰南岸聯絡渠道十二、十三號「跌水工」的跌水落差發電,是南岸7處小水力最早施工的。南岸二設計流量為45CMS,落差高度僅8.7公尺,屬於「水流量大、低落差」的發電條件,選用的是「燈泡式水輪發電機」,這也是台電首次選用的發電機型,此款機型只要最低流量6.7CMS就可運轉發電,因此除歲修外,幾乎全年可發電,且容易達到發電滿載率。

即使有全年滿載的發電優勢,但南岸二在施工過程中,卻無時無刻得與水搏鬥,充滿「背水一戰」的艱辛。在基地降挖過程中不斷面臨滲水、淹水無限循環的噩夢,凃秀錦說明:「由於案址緊鄰東埔蚋溪,地下水位高於深挖的20公尺,所以開挖中經常滲水,每逢下雨必定積水,最多得啟動8到11台抽水機排水,讓工程進度變得相當緩慢。」

除了地下湧水,工程最靠近東埔蚋溪的「尾水暗渠」,正好是與溪水正面交鋒之處。即便施作前已築好臨時圍堰避免河水灌入,然而,只要一場豪大雨便會前功盡棄,將圍堰完全淹沒。負責現場施工的綜合施工處機械工作隊張福哲課長表示,後來承包商想方設法,不僅將圍堰加固,鋼襯板加厚、加深、加寬,更築了一堵臨時牆,甚至用水泥天井圍套止水,才解決溪水溢漫問題。

用水調配學問大 施工挑戰接踵來

「水源調配技巧與供水用量,是集集南岸小水力的最大罩門,成敗皆在此。」中水局林士元點出關鍵要素。由於南岸渠道主要配給六輕工業區與雲林灌溉用水,因此「停水」可是頭等大事。當工程必須申請停水時,台電需責成承包廠商提出「停水計畫書」,邀集經濟部工業局、中水局、自來水公司、農田水利署雲林管理處等單位,共同商議停水事宜。幸好南岸聯絡渠道分左右兩道,施工時便採「半半施工」策略,即單邊停水、單邊維持供水,先做一側水道工程、再做另一邊,以避免完全停水衝擊下游用水。

凃秀錦表示:「南岸二工程的關鍵環節,未來將落在臨時中隔牆的打通,兩邊渠道必須同時停水,屆時只能把握年底枯水期歲修的短短14天內僅快完成。」未來南岸二過關斬將的經驗,將傳承給集集攔河堰其他6個案場,「施工技術及水源協調都能作為參考,對提高效率、縮短工期很有幫助,也感謝中水局居中折衝協調用水。」凃秀錦說。

目前集集南岸二工程已完成電廠地下3層結構,及尾水暗渠1至10單元結構,電廠地面層將陸續完工。推估機組運轉發電完成時間會落在2022年3月底,後續交由明潭發電廠營運。

隱身水庫的湖山電廠 施工品質獲優等肯定

相較於必須協調多方水權的集集南岸,或得面對供水量調配的景山電廠,位於雲林斗六湖山水庫庫區內、小巧精緻的湖山電廠,因為用地與水權單純,工程相對平順。

湖山水庫於2016年完成,主要供應民生用水,由於供水流量穩定,不像川流式發電易受氣候影響水量消長,因此只要水庫有水,一年四季都能穩定發電。

湖山電廠係利用湖山水庫第一取水工預留的盲蓋口,連接158公尺壓力鋼管至溢洪道旁的電廠發電。發電完的尾水排至水庫穩壓池中,再到下游的斗六淨水場,供給雲林地區民生用水。因為流量不大,設計容量只有3.9CMS,使用的是橫軸法蘭西斯式水輪機,估計發電量為1,935瓩,年發電量809.7萬度。

2019年年底開工的湖山電廠,施工品質獲得經濟部施工查核優等肯定。然而工程進度同樣受到疫情及缺工影響,巧婦難為無米之炊,不得不計畫修正展延工期1年。目前電廠土木工程已進入完工階段,若國外技師近日順利來臺完成裝機,今(2021)年底將有望完成試運轉作業,並於2022年7月商轉。

無人電廠遠端運維 跨機構合作最佳示範

景山、湖山與集集南岸小水力電廠,由於發電機組小、模組化的特點,可進行遠端遙控,因此商轉後皆為無人電廠,分別交由卓蘭發電廠及明潭發電廠負責營運。未來啟用後,電廠人員將密切與水利署的水庫管理中心聯繫,事先了解每日取水情況。而因中水局與台電共同使用設施,針對無人電廠的營運模式,雙方也依「營運管理操作協議」明定財產歸屬、閘門操控權及監控權,互相把關用水安全。

林士元指出:「電廠和水資源局的關係,一直就像魚幫水、水幫魚一樣密切。因同屬經濟部轄下,借重台電專業結合中水局資源,機關合作將更有效率。」負責湖山電廠現場施工的綜合施工處中部工作隊張瑞麟課長也表示,施工期間若遇雙方觀點不同,彼此理性溝通,提出需求後再協調優先順序、輕重緩急,摒除機關本位,為了共同目標尋求解決方法,帶來雙贏的最大利益。

小水力發電扮演「積少成多」的綠能生力軍角色,無論對於綠色能源開發、水資源管理及環境友善都相當有助益。台電積極推動小水力,也希望未來由農田水利署或更多民間力量共同響應,台電也允諾提供相關技術協助,讓小水力真正達到遍地開花的綠電目標。

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